基于PLC的自動(dòng)扶梯多功能變頻節(jié)能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、基于PLC的自動(dòng)扶梯多功能變頻節(jié)能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 本文來自2009年第6期“應(yīng)用專欄”上 ,已經(jīng)被閱讀過241次摘 要：以O(shè)MRON CPM1A-20CDR-A-V1型PLC及匯川公司的MD320變頻器為例介紹自動(dòng)扶梯多功能變頻節(jié)能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。結(jié)合自動(dòng)扶梯的基本原理，進(jìn)行了配件選擇及硬件電路設(shè)計(jì)，并設(shè)計(jì)了系統(tǒng)控制程序。  關(guān)鍵詞：自動(dòng)扶梯; PLC; 變頻節(jié)能  控制系統(tǒng)Abstract: Based on the Omron CPM1A-20CDR-A-V1 P

2、LC controller and Inovance MD320 frequency converter, the design for Multi-frequency energy-saving control system of escalator has been introduced. According to the basic theory of

3、 energy-saving control, the choice of fittings and design of hardware circuit has been carried out. In the end, the program of control system has been analyzed.Key w

4、ords: Escalator; PLC; Frequency energy-saving; Control system1 引言自動(dòng)扶梯廣泛應(yīng)用于大型商場、超市、機(jī)場、地鐵、賓館等場合。大多數(shù)扶梯在客流量大的時(shí)候，工作于額定的運(yùn)行狀態(tài)，在沒有乘客時(shí)仍以額定速度運(yùn)行，具有耗能大、機(jī)械磨損嚴(yán)重、使用壽命低等缺點(diǎn)。采用PLC與變頻控制相結(jié)合的節(jié)能控制系統(tǒng)，已成為自動(dòng)扶梯控制技術(shù)的發(fā)展方向。帶有節(jié)能效果的自動(dòng)扶梯具有以下特點(diǎn)：（1）無人乘梯時(shí)，扶梯自動(dòng)平穩(wěn)過渡到節(jié)能運(yùn)行，以1/5額定速度運(yùn)行（可以選擇當(dāng)無人乘梯時(shí)，扶梯自動(dòng)停止的功

5、能）;（2）有人乘梯時(shí)，扶梯立即自動(dòng)平穩(wěn)過渡到額定速度運(yùn)行;（3）由于節(jié)能運(yùn)行時(shí)速度很低，機(jī)械部分的磨損大大降低，相對(duì)延長了扶梯的使用壽命;（4）變頻技術(shù)的采用大大降低了扶梯啟動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊。目前節(jié)能扶梯大多形式和功能單一，僅能實(shí)現(xiàn)簡單的快慢循環(huán)或快停循環(huán)。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的亮點(diǎn)是快慢循環(huán)和快慢停循環(huán)是可以通過程序進(jìn)行自由選擇的，系統(tǒng)同時(shí)集成了上下梯級(jí)遺失、防驅(qū)動(dòng)鏈斷鏈、防逆轉(zhuǎn)及故障保護(hù)輸出等功能，并可通過程序內(nèi)部輔助繼電器的狀態(tài)監(jiān)控扶梯運(yùn)行狀態(tài)，現(xiàn)場調(diào)試十分方便。2 自動(dòng)扶梯變頻節(jié)能控制方式2.1 變頻非自啟動(dòng)（快慢循環(huán)）2.1.1 功能描述通過增加變頻器來控制扶梯

6、運(yùn)行的速度，當(dāng)梯上有乘客時(shí)，扶梯以高速運(yùn)行（例如額定速度），提高客流量，當(dāng)乘客檢測裝置在一段時(shí)間內(nèi)沒有檢測到乘客通過時(shí)，扶梯開始減速轉(zhuǎn)為低速運(yùn)行（例如0.2m/s，參數(shù)可設(shè)置），此時(shí)一直處于待機(jī)運(yùn)行中，即為非自啟動(dòng)節(jié)能。2.1.2 運(yùn)行狀態(tài)描述變頻控制，無人時(shí)低速，有人時(shí)高速。高速運(yùn)行時(shí)間記為TQ，可通過PLC程序進(jìn)行設(shè)置，具體時(shí)間根據(jù)梯的提升高度和速度而定。2.1.3 運(yùn)行步驟（1） 當(dāng)扶梯上電停止等待，有方向（比如上行）開始運(yùn)行時(shí)，此時(shí)扶梯以低速開始節(jié)能運(yùn)行進(jìn)入待機(jī)等待。（2） 下機(jī)房乘客檢測裝置檢測是否有人通過，當(dāng)有人通過時(shí)，控制器內(nèi)部的高速運(yùn)行時(shí)

7、間計(jì)數(shù)器（記為TC）清零，此時(shí)扶梯開始緩慢加速至高速運(yùn)行。（3）高速運(yùn)行時(shí)間計(jì)數(shù)器（記為TC）開始計(jì)數(shù)，當(dāng)TC （4） 當(dāng)有一段時(shí)間沒人乘梯即TCTQ時(shí)，扶梯又開始減速進(jìn)入低速運(yùn)行待機(jī)等待狀態(tài)，如此循環(huán)往復(fù)運(yùn)行。圖1為自動(dòng)扶梯快慢循環(huán)控制時(shí)序圖。 圖1 自動(dòng)扶梯快慢循環(huán)控制時(shí)序圖 2.1.4 功能實(shí)現(xiàn)安裝在扶梯入口處的乘客檢測裝置檢測是否有人乘梯。2.2 變頻自啟動(dòng)（快慢停循環(huán)）2.2.1 功能描述通過增加變頻器來控制扶梯運(yùn)行的速度，當(dāng)梯上有乘客時(shí)，扶梯以高速運(yùn)行（例如額定速度），提高客流量，當(dāng)乘客檢測裝置在一段時(shí)

8、間內(nèi)沒有檢測到乘客通過時(shí)，扶梯開始減速轉(zhuǎn)為低速運(yùn)行（例如0.2m/s，參數(shù)可設(shè)置），當(dāng)乘客檢測裝置在一段時(shí)間內(nèi)又沒檢測到乘客乘梯時(shí)，扶梯開始進(jìn)入停止運(yùn)行等待狀態(tài)，即為自啟動(dòng)節(jié)能。2.2.2 運(yùn)行狀態(tài)描述變頻控制，長時(shí)間無人乘梯時(shí)停止，有人乘梯時(shí)高速運(yùn)行。高速運(yùn)行時(shí)間記為TQ，低速運(yùn)行時(shí)間TS，兩個(gè)參數(shù)可通過PLC程序進(jìn)行設(shè)置，具體時(shí)間根據(jù)梯的提升高度和速度而定。2.2.3 運(yùn)行步驟（1） 當(dāng)扶梯上電停止等待，有方向（比如上行）開始運(yùn)行時(shí)，此時(shí)扶梯進(jìn)入上行停止等待運(yùn)行中。（2） 下機(jī)房光電檢測裝置檢測是否有人通過，當(dāng)有人通過時(shí)，控制器內(nèi)部的高速運(yùn)行時(shí)間計(jì)數(shù)

9、器（記為TC）清零，此時(shí)扶梯開始緩慢加速至高速運(yùn)行。（3） 高速運(yùn)行時(shí)間計(jì)數(shù)器（記為TC）開始計(jì)時(shí)，當(dāng)TC （4）當(dāng)有一段時(shí)間沒人乘梯即TCTQ時(shí)，扶梯開始減速進(jìn)入低速運(yùn)行狀態(tài)中。（5） 低速運(yùn)行時(shí)間計(jì)數(shù)器（記為TSC）開始計(jì)時(shí)，當(dāng)TSC< TS時(shí)，若此時(shí)有人進(jìn)入，TC清零重新開始計(jì)時(shí)，扶梯加速至高速運(yùn)行狀態(tài)，又進(jìn)入高速運(yùn)行狀態(tài)中。（6） 當(dāng)一段時(shí)間內(nèi)沒人乘梯即TSCTS時(shí)，扶梯停止運(yùn)行進(jìn)入等待中，如此循環(huán)往復(fù)運(yùn)行。圖2為自動(dòng)扶梯快慢停循環(huán)控制時(shí)序圖。 圖2 自動(dòng)扶梯快慢停循環(huán)控制時(shí)序圖 2.2.4 

10、;功能實(shí)現(xiàn)安裝在扶梯入口處的乘客檢測裝置檢測是否有人乘梯。但是為了確保乘客的安全，按照GB16899-1997自動(dòng)扶梯和自動(dòng)人行道的制造與安裝安全規(guī)范的要求：自啟動(dòng)的扶梯，應(yīng)在該使用者走到梳齒相交線之前啟動(dòng)運(yùn)行，故乘客檢測裝置應(yīng)滿足以下要求：（1） 檢測裝置應(yīng)滿足的要求·光束，應(yīng)設(shè)置在梳齒相交線之前至少1.3m外;·觸點(diǎn)踏墊，其外緣應(yīng)設(shè)置在梳齒相交線之前至少1.8m處，沿運(yùn)行方向的觸點(diǎn)踏墊長度至少為0.85m。施加在其表面為25mm2的任何點(diǎn)上的載荷達(dá)到150N之前就應(yīng)作出響應(yīng)。（1） 在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)可選擇· 安裝在扶手進(jìn)出口處的光電漫

11、發(fā)射裝置;·安裝在蓋板進(jìn)口處的光柱;·安裝在蓋板下的踏墊自啟動(dòng)裝置來實(shí)現(xiàn)。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)選擇光電漫反射裝置，能夠確保每一個(gè)從不同方向走過來的乘客都能被有效的探測到，從而實(shí)現(xiàn)自啟動(dòng)的功能。3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 控制系統(tǒng)組成 圖3 控制系統(tǒng)框圖 由圖3可知，該系統(tǒng)主要由以下幾部分組成：電源、PLC、變頻器等。PLC是控制系統(tǒng)的核心，PLC根據(jù)輸入的光電信號(hào)是否有效確定高速運(yùn)行指令的輸出，變頻器根據(jù)PLC的高速運(yùn)行指令控制扶梯的運(yùn)行速度，完成扶梯的快慢及快慢停循環(huán)運(yùn)行。3.2 硬件選型以自動(dòng)扶梯變頻非自啟動(dòng)（快慢循環(huán)）為例，

12、其扶梯控制系統(tǒng)實(shí)際需要輸入11點(diǎn)，輸出7點(diǎn)，PLC主控制器采用歐姆龍CPM1A-20CDR-A-V1型PLC。這種機(jī)型的PLC配有相應(yīng)的編程軟件CX-Programmer進(jìn)行編程及監(jiān)視，不僅可以通過手持編程器對(duì)PLC編程，也可在個(gè)人PC機(jī)上進(jìn)行編程。在扶梯運(yùn)行過程中，可通過程序內(nèi)部輔助繼電器的狀態(tài)監(jiān)控電梯運(yùn)行狀態(tài)，現(xiàn)場調(diào)試十分方便。1變頻器采用匯川公司的MD320變頻器。MD系列變頻器具備完善的輸入輸出接口，全系列獨(dú)立風(fēng)道和散熱器柜內(nèi)柜外安裝可選，可以提供接近IP54防護(hù)要求的解決方案，其系統(tǒng)設(shè)計(jì)尤其適合恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載使用。24 系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1 變頻控制主電路 圖4&

13、#160;變頻控制主回路 圖4示出主回路主要由主空開ZK、相序保護(hù)繼電器JXW、安全接觸器JAQ、運(yùn)行接觸器JYX、主電機(jī)MT等組成。4.2 PLC輸入輸出口分配輸入輸出口分配如附表所示。附表 輸入輸出口分配表 4.3 運(yùn)行控制回路圖5為運(yùn)行控制回路。 圖5 運(yùn)行控制回路 扶梯的運(yùn)行控制由PLC與變頻器一起完成。下面以變頻非自啟動(dòng)（快慢循環(huán)）為例介紹扶梯節(jié)能運(yùn)行工作原理。變頻器實(shí)時(shí)監(jiān)測PLC的輸出信號(hào)，從而決定扶梯的下一步運(yùn)行。例如（1）扶梯的方向控制：當(dāng)變頻器的端子DI1接收到PLC的信號(hào)時(shí)，輸出正轉(zhuǎn)，扶梯實(shí)現(xiàn)上

14、行運(yùn)行;反之，端子DI2有效時(shí)，輸出反轉(zhuǎn)，扶梯實(shí)現(xiàn)下行運(yùn)行。（2）高速運(yùn)行的控制：變頻器內(nèi)預(yù)先設(shè)定好多段速控制的速度頻率，扶梯以節(jié)能低速待機(jī)運(yùn)行時(shí)，只有運(yùn)行接觸器（JYX）吸合，當(dāng)PLC檢測到光電信號(hào)時(shí)，輸出高速運(yùn)行指令信號(hào)，此時(shí)高速運(yùn)行接觸器（VN）吸合，變頻器端子DI3有效，扶梯立即平穩(wěn)的加速到設(shè)定頻率高速運(yùn)行。4.4 典型控制程序設(shè)計(jì)下面針對(duì)程序中的運(yùn)行方式、節(jié)能時(shí)間控制兩個(gè)子程序作重點(diǎn)介紹。4.4.1 變頻非自啟動(dòng)（快慢循環(huán)）和自啟動(dòng)（快慢停循環(huán)）方式的選擇方式的選擇見圖6。 圖6 快慢循環(huán)和快慢停循環(huán)子程序 只需修改程序中的SET和R

15、SET 的組合，即可實(shí)現(xiàn)兩種不同運(yùn)行方式的切換?？炻h(huán)，設(shè)置為SET 212.00和RSET 212.01?？炻Ｑh(huán)，設(shè)置為SET 212.00和SET 212.01。4.4.2 節(jié)能時(shí)間的控制 圖7 節(jié)能時(shí)間的子程序 快車運(yùn)行保持時(shí)間，可由上述計(jì)數(shù)器設(shè)定，從而能夠滿足不同提升高度和速度的扶梯使用（見圖7）。4.5 試驗(yàn)數(shù)據(jù)為了驗(yàn)證本系統(tǒng)的節(jié)能效果，我們選擇某現(xiàn)場進(jìn)行測試?，F(xiàn)場曳引電機(jī)功率為7.5kW，對(duì)比變頻節(jié)能控制與普通Y-控制的扶梯電量消耗。扶梯有乘客使用與空載運(yùn)行時(shí)，各測試4個(gè)小時(shí)。實(shí)際測試下來采用節(jié)能的扶梯，滿載運(yùn)行時(shí)，耗電25.3kWh，而使用普通Y-控制扶梯耗電2